CN103529388A - 一种测量发电机组调差率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，具体的讲是一种测量发电机组调差率的方法及装置。其中方法包括被测发电机组和参考发电机组并联工作时，改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出，测量被测发电机组的无功输出和机端电压；根据被测发电机组的无功输出和机端电压的测量值拟合直线；根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算被测发电机组的机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。通过本发明的方法及装置在发电机组正常带负荷的工况下准确实测发电机组调差率，大大提高了试验效率和准确性，有利于并联运行的发电机组稳定合理的分配无功功率，提高电力系统稳定性。

Description

一种测量发电机组调差率的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体的讲是一种测量发电机组调差率的方法及装置。

背景技术

发电机在外界负荷干扰消失，并经过足够长的时间，待励磁系统稳定后，发电机端电压U_G与定子无功电流I_Q之间的关系，通常称之为发电机电压调节特性，或发电机的外特性。如图5所示为现有技术中发电机电压调节特性示意图，随着无功电流I_Q的增大，机端电压U_G下降，其下降的程度用电压调差率D加以描述。《DL/T843-2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件》中定义电压调差率为发电机在功率因数等于零的情况下，发电机的无功电流从零变化到额定定子电流值I_GN时，机端电压的变化率。电压调差率的大小与自然电压调差率D₀和励磁调节器中的无功电流补偿值K_rcc有关。标准中对自然调差率的定义就是负载电流补偿器退出时的电压调差率，负载电流补偿器通常是通过励磁调节器中设置无功电流补偿值K_rcc实现的。_n

调整发电机母线电压水平是电力系统调压的一个重要手段。当系统调度给定了发电厂母线电压曲线或无功负载曲线后，维持给定的母线电压水平和保证稳定合理地分配机组间的无功功率是非常重要的。并联运行的发电机组需要稳定合理的分配无功功率，而在没有AVC等外部控制调节电压给定的情况下，发电机的调差特性是影响无功分配的重要因素，因此精准的确定机组的电压调差率不仅是机组经济运行的需要，也是电网稳定的措施。

确定电压调差率有两种手段。一是通过理论计算的方法，即根据已知的励磁调节器中的无功电流补偿值K_rcc和自然电压调差率D₀（或者励磁控制系统的开环放大倍数K_Σ和发电机的同步电抗X_d）等已知数据计算出电压调差率D。二是通过在不同工况下实测机组的运行数据，来测得电压调差率D。

在现有技术中通常由实测的发电机数据，根据公式（1-1）计算各电流值：

$I_P=\frac{P}{\sqrt{3}{U}_G},I_Q=\frac{Q}{\sqrt{3}{U}_G},I_G=\sqrt{{I_P}^2+{I_Q}^2}---(1-1)$

其中，P为有功功率（MW），Q为无功功率（Mvar），U_G为机端电压值（kV），I_P为机端电流有功分量（kA），I_Q为机端电流有功分量（kA），I_G为机端电流值（kA）。

根据下式计算无功电流补偿功能投入后的电压调差率D

$D_G=\frac{U_{G0}-U_G}{U_{\mathrm{GN}}}*\frac{I_{\mathrm{GN}}}{I_Q}*100\%---(1-2)$

其中，U_G0为空载机端电压值（kV），U_GN为机端电压额定值，I_GN为机端电流额定值，图中的I_Q为空载机端电流无功分量。

由于此方法适用于基建调试阶段的新机组，通过在发电机空载、负载两种工况下的记录数据进行分析计算。如果是连续运行的机组没有解列获得空载机会，就无法准确记录空载数据，因此常常难以进行完整的试验。

此外，此方法要求对空载、负载两种工况下励磁调节器的给定值完全相同的工作点下的数据进行分析计算，而负载情况下机组一般根据母线电压和无功进行调节，得到与空载情况下给定完全相同的运行数据不太容易，因此该方法具体操作时具有一定局限性。

在另一种现有技术中，咨询励磁制造厂家确定甩负荷前后AVR给定值不改变，否则采取相应措施；并可以预先调整励磁调节器的给定值至甩负荷后的给定值上，以避免甩负荷后，励磁调节器的给定值发生变化，影响测量数据的准确性。无功电流补偿功能投入，发电机带50%以上额定无功负荷、尽量不带有功负荷，记录甩负荷前后机组稳定运行数据；用公式(1-1)计算各电流值：

$I_P=\frac{P}{\sqrt{3}{U}_G},I_Q=\frac{Q}{\sqrt{3}{U}_G},I_G=\sqrt{{I_P}^2+{I_Q}^2}---(1-1)$

根据公式(1-2)计算机端电压调差率D_G

$D_G=\frac{U_{G0}-U_G}{U_{\mathrm{GN}}}*\frac{I_N}{I_Q}*100\%---(1-2)$

经计算得到发电机的电压调差率D_G。

此方法对甩负荷前后的运行数据进行分析计算，由于进行甩负荷试验的机会并不是很多，而且甩50%以上的纯无功的机会更是难得；另外，如果是事故甩负荷，数据又很难收集完整。所以此方法很难被实施。

发明内容

为了解决现有技术中发电机的调差率计算方法结果不准确，而现有实测方法有诸多局限性难以实施的问题，本发明实施例提出了一种测量发电机组调差率的方法及装置，能够在发电机组正常带负荷运行的工况下进行调差率的测量，大大提高了试验效率和准确性。

本发明实施例提供了一种测量发电机组调差率的方法，包括，

被测发电机组和参考发电机组并联工作时，改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出，测量被测发电机组的无功输出和机端电压；

根据被测发电机组的无功输出和机端电压的测量值拟合直线；

根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算被测发电机组的机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的一个进一步的方面，所述被测发电机组励磁系统的给定值不变。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的再一个进一步的方面，所述被测发电机组和参考发电机组的功率因数一致。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的另一个进一步的方面，所述改变参考发电机组中的一个发电机组无功输出进一步包括，逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的另一个进一步的方面，在预定的范围内改变参考发电机组中的一个发电机组的无功输出。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的另一个进一步的方面，在根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算被测发电机组的机端调差率之后还包括，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，重新生成拟合直线。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率方法的另一个进一步的方面，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值作为该被测发电机组的机端调差率。

本发明实施例还提供了一种测量发电机组调差率装置，包括，

调节单元，测量单元，拟合单元，计算单元；

被测发电机组和参考发电机组并联工作，所述调节单元用于改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出；

所述测量单元，用于测量被测发电机组的无功输出和机端电压；

所述拟合单元，用于根据被测发电机组的无功输出和机端电压的测量值拟合直线；

所述计算单元，用于根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率装置的一个进一步的方面，还包括验证单元，与所述计算单元相连接，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，通知拟合单元重新生成拟合直线。

根据本发明实施例所述的一种测量发电机组调差率装置的再一个进一步的方面，所述调节单元逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出；

所述装置还包括平均计算单元，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值作为该被测发电机组的机端调差率。

通过本发明的方法及装置在发电机组正常带负荷的工况下准确实测发电机组调差率，大大提高了试验效率和准确性，有利于并联运行的发电机组稳定合理的分配无功功率，提高电力系统稳定性。

附图说明

结合以下附图阅读对实施例的详细描述，本发明的上述特征和优点，以及额外的特征和优点，将会更加清楚。

图1所示为发明实施例一种测量发电机组调差率的方法流程图；

图2所示为本发明实施例一种测量发电机组调差率的装置结构示意图；

图3所示为本发明实施例发电机组调差率计算流程图；

图4A所示为本发明实施例第一拟合直线的示意图；

图4B所示为本发明实施例第二拟合直线的示意图；

图4C所示为本发明实施例第三拟合直线的示意图；

图5所示为现有技术中发电机电压调节特性示意图。

具体实施方式

下面的描述可以使任何本领域技术人员利用本发明。具体实施例和应用中所提供的描述信息仅为示例。这里所描述的实施例的各种延伸和组合对于本领域的技术人员是显而易见的，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本发明定义的一般原则可以应用到其他实施例和应用中。因此，本发明不只限于所示的实施例，本发明涵盖与本文所示原理和特征相一致的最大范围。

下面的详细说明以流程图、逻辑模块和其他的符号操作表达的形式给出，可以在计算机系统上执行。一个程序、计算机执行步、逻辑块，过程等，在这里被设想为得到所希望的结果的一个或多个步骤或指令的自洽序列。这些步骤是对物理量的物理操作。这些物理量包括电、磁或者无线电信号，它们在计算机系统中被存储、传输、组合、比较以及其他操作。这些信号可是比特、数值、元素、符号、字符、条件、数字等。每个步骤都可以通过硬件、软件、固件或它们的组合执行。

如图1所示为发明实施例一种测量发电机组调差率的方法流程图。

包括步骤101，被测发电机组和参考发电机组并联工作时，改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出，测量被测发电机组的无功输出和机端电压。

作为本发明的一个实施例，在进行上述步骤时需要保证被测发电机组励磁系统的给定值不变。其中，励磁系统的给定值是指励磁调机器调节机端电压所设定的目标值，如果改变给定值，会造成机端电压和无功随之变动，而影响本试验的测试结果。

作为本发明的一个实施例，所述被测发电机组和参考发电机组的功率因数一致。

作为本发明的一个实施例，所述改变参考发电机组中的一个发电机组无功输出进一步包括，逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出。

作为本发明的一个实施例，在预定的范围内改变参考发电机组中的一个发电机组的无功输出，例如机组不进相，母线电压不超限等。

步骤102，根据被测发电机组的无功输出Q_G和机端电压U_G的测量值拟合直线。

步骤103，根据所述拟合直线的斜率、机端额定电压以及视在功率计算机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。其中，机端额定电压和视在功率都是已知值，可以通过发电机说明书或者名牌查到。

作为本发明的一个实施例，在上述步骤103之后还包括，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，重新生成拟合直线。

作为本发明的一个实施例，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到了多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值作为该被测发电机组的机端调差率。

通过上述的方法能够在发电机组正常带负荷的工况下准确实测发电机组调差率，大大提高了试验效率和准确性，有利于并联运行的发电机组稳定合理的分配无功功率，提高电力系统稳定性。

如图2所示为本发明实施例一种测量发电机组调差率的装置结构示意图。

包括调节单元201，测量单元202，拟合单元203，计算单元204。

被测发电机组和参考发电机组并联工作，所述调节单元201用于改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出。

所述测量单元202，用于测量被测发电机组的无功输出和机端电压。

所述拟合单元203，用于根据被测发电机组的无功输出Q_G和机端电压U_G的测量值拟合直线。

所述计算单元204，用于根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。

所述调节单元201逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出。

还包括验证单元205，与所述计算单元204相连接，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，通知拟合单元203重新生成拟合直线。

还包括平均计算单元206，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到了多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值，作为该被测发电机组的机端调差率。

通过上述的装置能够在发电机组正常带负荷的工况下准确实测发电机组调差率，大大提高了试验效率和准确性，有利于并联运行的发电机组稳定合理的分配无功功率，提高电力系统稳定性。

在本实施例中，应用上述方法及装置来得到被测发电机组的调差率。

在本实施例中对某台发电机组进行调查率测试，该机组与另外三台发电机组并联接于220kV系统，励磁系统均采用自并励方式。

在本实施例中尽量保证1～4号发电机组按功率因数一致的原则调整无功输出，这是因为无功输出的调节使得被测发电机组不受其它发电机组的容量影响，按照比例调节。在试验过程中，保持被测发电机组的励磁调节器的给定值不变，如果改变给定值，会造成机端电压和无功随之变动，而影响本试验的测试结果。在试验过程中，运行人员应监视系统（电网）和发电机组（所有的发电机组）电压及无功输出不超过规定值。1～4号发电机组无功补偿系数均整定为-0.03，即基本保持补偿系数一致。要求在运行参数稳定后读取数据，在NCS系统（网控系统，所有发电机组的机端电压和无功输出均可得到）上直接读取发电机组的机端电压和输出功率值，尽量保证数据的准确性。

如图3所示为本发明实施例发电机组调差率计算流程图。

在本实施例中4号发电机组为被测发电机组，其它1-3号发电机组为参考发电机组。

包括步骤301，记录本次测试1-4号发电机组原始工况，原始工况是指机端电压，有功输出，无功输出等。

步骤302，调整并列于220kV电网的4台发电机组无功输出，使4台发电机组功率因数基本保持一致。

步骤303，调节与被测发电机组并联的1号发电机组的无功输出，使得被测发电机组的无功输出上升或者下降。

在本步骤中要求调节1号发电机组时，被测发电机组的无功输出上限不超过额定无功值，下限不超过发电机低励限制值（如果超过低励限制值励磁系统的低励限制会动作，无功就按照低励限制的逻辑被调节，造成测试结果受影响）。

记录调节1号发电机组时，被测发电机组的无功输出和有功输出、以及机端电压如下表所示：

表1 调节1号发电机组被测发电机组的测试数据表

其中，序号1表示为被测发电机组的原始工况，也就是说序号1所代表的是本次试验初始工况无功大致接近0的点。

步骤304，根据上述测试数据拟合调差率直线，如图4A所示为本发明实施例第一拟合直线的示意图，图中横轴是无功功率Q，单位是Mvar；纵轴是机端电压U_G，单位是KV。

步骤305，根据上述直线的斜率k0=0.0028，以机端额定电压（18kV）和视在功率（211.8MVA）为基准，计算得到机端调差率=-（0.0028*211.8）/18≈-0.03295=-3.295%。

步骤306，校验机端调差率是否超出预设范围，如果超出预设范围则剔除距离所述直线垂直距离最远的测量点，返回步骤304中重新拟合调差率直线，否则进入步骤307。

在本步骤中为了使测试结果真是准确，避免由于个别失真的测试数据点对整个拟合曲线的斜率造成影响,从而导致测试结果误差过大,需要检验步骤305中计算的调差率“-3.295%”与调节器中的无功电流补偿值K_RCC“-3%”之间的差的绝对值“ε”是否大于1%。如果“ε”大于1%,则需要找到与步骤304中直线垂直距离最大的失真数据点加以剔除,剔除失真数据点后形成新的拟合调差率直线，采用步骤305中的算法得到新的满足误差要求的调差率计算值。经过校验，根据本组数据计算的调差率数值满足误差要求。

步骤307，调节与被测发电机组并联的2号发电机组的无功输出，使得被测发电机组的无功输出上升或者下降。

在本步骤中要求调节2号发电机组时，被测发电机组的无功输出上限不超过额定无功值，下限不超过低励限制值。

记录调节2号发电机组时，被测发电机组的无功输出和有功输出、以及机端电压如下表所示：

表2 调节2号发电机组被测发电机组的测试数据表

其中，序号1表示为被测发电机组的原始工况，也就是说序号1所代表的是本次试验初始工况无功大致接近0的点。

步骤308，根据上述测试数据拟合调差率直线，如图4B所示为本发明实施例第二拟合直线的示意图，图中横轴是无功功率Q，单位是Mvar；纵轴是机端电压U_G，单位是KV。

步骤309，根据上述直线的斜率k0=0.002，以机端额定电压（18kV）和视在功率（211.8MVA）为基准，计算得到机端调差率=-（0.002*211.8）/18≈-0.02353=-2.353%。

步骤310，校验机端调差率是否超出预设范围，如果超出预设范围则剔除距离所述直线垂直距离最远的测量点，返回步骤308中重新拟合调差率直线，否则进入步骤311。

在本例中根据本组数据计算的调差率满足误差要求。

步骤311，调节与被测发电机组并联的3号发电机组的无功输出，使得被测发电机组的无功输出上升或者下降。

在本步骤中要求调节3号发电机组时，被测发电机组的无功输出上限不超过额定无功值，下限不超过低励限制值。

记录调节3号发电机组时，被测发电机组的无功输出和有功输出、以及机端电压如下表所示：

表3 调节3号发电机组被测发电机组的测试数据表

其中，序号1表示为被测发电机组的原始工况，也就是说序号1所代表的是本次试验初始工况无功大致接近0的点。

步骤312，根据上述测试数据拟合调差率直线，如图4C所示为本发明实施例第三拟合直线的示意图，图中横轴是无功功率Q，单位是Mvar；纵轴是机端电压U_G，单位是KV。

步骤313，根据上述直线的斜率k0=0.0024，以机端额定电压（18kV）和视在功率（211.8MVA）为基准，计算得到机端调差率=-（0.0024*211.8）/18≈-0.02824=-2.824%。

步骤314，校验机端调差率是否超出预设范围，如果超出预设范围则剔除距离所述直线垂直距离最远的测量点，返回步骤312中重新拟合调差率直线，否则进入步骤315。

在本例中根据本组数据计算的调差率满足误差要求。

步骤315，结合上述步骤305,步骤309和步骤313，将分别调节3台参考发电机组得到的3个被测发电机组机端调差率进行平均，得到最终的被测发电机组调差率。

在本例中为3.295%+2.353%+2.824%)/3=-2.834%。

通过本发明的方法及装置，在发电机组正常带负荷的工况下准确实测发电机组调差率，大大提高了试验效率和准确性，有利于并联运行的发电机组稳定合理的分配无功功率，提高电力系统稳定性。

在相关领域中的技术人员将会认识到，本发明的实施例有许多可能的修改和组合，虽然形式略有不同，仍采用相同的基本机制和方法。为了解释的目的，前述描述参考了几个特定的实施例。然而，上述的说明性讨论不旨在穷举或限制本文所发明的精确形式。前文所示，许多修改和变化是可能的。所选和所描述的实施例，用以解释本发明的原理及其实际应用，用以使本领域技术人员能够最好地利用本发明和各个实施例的针对特定应用的修改、变形。

Claims (10)

1.一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于包括，

被测发电机组和参考发电机组并联工作时，改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出，测量被测发电机组的无功输出和机端电压；

根据被测发电机组的无功输出和机端电压的测量值拟合直线；

根据所述拟合直线的斜率、机端额定电压以及视在功率计算被测发电机组的机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。

2.根据权利要求1所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，所述被测发电机组励磁系统的给定值不变。

3.根据权利要求1所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，所述被测发电机组和参考发电机组的功率因数一致。

4.根据权利要求1所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，所述改变参考发电机组中的一个发电机组无功输出进一步包括，逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出。

5.根据权利要求1所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，在预定的范围内改变参考发电机组中的一个发电机组的无功输出。

6.根据权利要求1所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，在根据所述拟合直线的斜率，机端额定电压以及视在功率计算被测发电机组的机端调差率之后还包括，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，重新生成拟合直线。

7.根据权利要求4所述的一种测量发电机组调差率的方法，其特征在于，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值作为该被测发电机组的机端调差率。

8.一种测量发电机组调差率装置，其特征在于包括，

调节单元，测量单元，拟合单元，计算单元；

被测发电机组和参考发电机组并联工作，所述调节单元用于改变所述参考发电机组中的一个发电机组的无功输出；

所述测量单元，用于测量被测发电机组的无功输出和机端电压；

所述拟合单元，用于根据被测发电机组的无功输出和机端电压的测量值拟合直线；

所述计算单元，用于根据所述拟合直线的斜率、机端额定电压以及视在功率计算机端调差率=斜率*视在功率/机端额定电压。

9.根据权利要求8所述的一种测量发电机组调差率装置，其特征在于，还包括验证单元，与所述计算单元相连接，将所述机端调差率与预定门限值比较，如果两者的差距超出一预定范围，则剔除离所述拟合直线垂直距离最远的被测发电机组的测量值，通知拟合单元重新生成拟合直线。

10.根据权利要求8所述的一种测量发电机组调差率装置，其特征在于，所述调节单元逐一改变参考发电机组中发电机组的无功输出；

所述装置还包括平均计算单元，当分别调节了所述参考发电机组中多个发电机组的无功输出，计算得到多个被测发电机组的机端调差率，取所述多个机端调差率的平均值作为该被测发电机组的机端调差率。

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